Dalgalar-1: Dalga Kavramı
Dalgaların Genel Özellikleri
Titreşim
Bir cismin ya da taneciğin bir enerji kaynağından aldığı enerji ile iki nokta arasında gidip gelme hareketine titreşim ya da salınım denir.
- Ses veren gitar telinin hareketi, saatin sarkacının hareketi, arının kanatlarının hareketi birer salınım ya da titreşim hareketidir.
Dalga ve Dalga Hareketi
Titreşim hareketi ile esnek bir ortama aktarılan enerjinin bir noktadan başka bir noktaya iletilirken ortamda oluşturduğu şekil değişikliğine dalga denir. Bu dalganın esnek ortamda yayılmasına dalga hareketi denir.
Durgun su yüzeyine bir cisim bırakıldığında cisim suya girerken yakınındaki su taneciklerinin titreşim hareketi yapmasına neden olur. Titreşen su tanecikleri kendisine yakın olan tanecikleri de titreştirir. Bu titreşim hareketi birbirini takip eden ardışık hareketler şeklinde ortam boyunca yayılır. Titreşimin bu şekilde yayılması dalga hareketini oluşturur.
Atma
Tek bir titreşimle oluşturulan dalgaya atma denir.
- Her dalga hareketi bir titreşimdir. Fakat her titreşim bir dalga hareketi değildir.
- Dalga hareketi sırasında ortam tanecikleri denge noktası etrafında titreşir, tanecikler dalga ile birlikte ilerlemez.
Periyot
Bir tam dalganın üretilmesi için geçen süreye periyot denir.
- Periyot T harfi ile gösterilir.
- Periyodun SI'daki birimi saniyedir (s)
Eşit zaman aralıklarında üretilen ardışık özdeş dalgalara periyodik dalga denir.
Dalga Boyu
Dalganın denge noktasından itibaren en yüksekte olan noktasına tepe, en aşağıda olan noktasına çukur denir.
Ardışık iki dalga tepesi ya da ardışık iki dalga çukuru arasındaki uzaklığa dalga boyu denir.
- Ardışık iki dalga tepesi ile aynı uzaklığa sahip iki nokta arasına dalga boyu denir.
- Dalga boyu \(\lambda\) (lambda) harfi ile gösterilir.
- Dalga boyunun SI'daki birimi metredir (m).
Genişlik
Atmanın başlangıç ve bitiş noktaları arasındaki uzaklığa genişlik denir.
- Genişlik, periyodik dalgalardaki dalga boyuna karşılık gelir ve atmanın oluşturulma süresi ile doğru orantılıdır.
- Genişlik genelde a ile gösterilir.
- Genişliğin SI'daki birimi metredir (m).
Frekans
Birim zamanda üretilen dalga sayısına frekans denir.
- Frekans f harfi ile gösterilir.
- Frekansın SI'daki birimi hertz (Hz) ya da saniye\({}^{-1}\) dir. \((s^{-1})\).
- Bir dalganın frekansı 5 Hz ise kaynağın saniyede 5 tam dalga ürettiği anlaşılır.
Bir dalganın frekans ve periyodunun çarpımı daima 1'e eşittir.
- \(T.f=1\)
Dalgayı oluşturan kaynağın titreşim frekansı ve periyodu aynı zamanda oluşturduğu dalgaların da frekansı ve periyodudur.
Dalgaların Yayılma Hızı
Dalgaların birim zamanda aldıkları yola dalganın yayılma (ilerleme) hızı denir.
- Hız v ile gösterilir.
- Hızın SI'daki birimi "metre/saniye" dir (m/s)
- Dalgaların yayılma süratinin büyüklüğü "hız=yol/zaman" bağıntısına göre, dalga boyu ve periyot cinsinden türetilir. Dalga, bir periyotluk sürede bir dalga boyu kadar yol aldığından yayılma hızının büyüklüğü aşağıdaki gibi türetilir.
\[v=\frac{\lambda}{T} =\lambda .f \]
- Dalgaların ilerleme hızı, yayıldığı ortamın fiziksel özelliklerine bağlıdır.
- Homojen bir ortamda yayılan ve ortam değiştirmeyen dalgaların yayılma hızının büyüklüğü değişmez.
- \(v=\lambda .f\)
- Hız bağıntısında; hız ortama bağlıdır, frekans ise kaynağa bağlıdır. Bu iki değerden birinin değişmesi diğerini etkilemez. Bu durumda hızın ya da frekansın değişmesi dalga boyunu değiştirir.
- Dalga boyu, hız ile doğru orantılıdır. Hız artarsa dalga boyu artar.
- Dalga boyu, frekans ile ters orantılıdır. Frekans artarsa dalga boyu azalır.
Uzanım ve Genlik
Bir dalga üzerinde titreşim yapan bir noktanın denge konumuna olan uzaklığına uzanım denir. Uzanımın maksimum değerine ise genlik denir.
- Uzanım genelde x, genlik ise r ya da A harfi ile gösterilir.
- Uzanım ve genliğin SI'daki birimleri metredir (m).
- Dalga hareketi bir enerji aktarım hareketidir. Bütün dalgalar iş yapılarak üretilir ve enerji taşır.
- Genlik, dalganın taşıdığı enerjinin bir ölçüsüdür.
- Dalgayı oluştururken verilen enerji arttıkça dalganın genliği de artar. Aynı türdeş ortamda aynı sürede oluşturulmuş iki atmadan genliği büyük olanın enerjisi de büyüktür denilebilir fakat dalganın taşıdığı enerji sadece derinliğine bağlı değildir.
- Genlik, dalganın üretimi sırasında dalga kaynağı tarafından belirlenmekle birlikte ortam boyunca ilerleyen dalgalarda bazı şartlara göre genlik azalabilir ya da artabilir. Özellikleri her yerinde aynı olan (homojen) bir ortamda idealleştirme yapıldığında genliğin büyüklüğünün değişmediği söylenebilir.
Dalgaların Sınıflandırılması
Doğada birçok dalga çeşidi vardır. Dalgalar taşıdıkları enerjiye ve titreşim doğrultusuna göre sınıflandırılır.
Dalgaların Titreşim Doğrultusuna Göre Sınıflandırılması
Enine Dalgalar
Dalga hareketi sırasında ortam taneciklerinin titreşim doğrultusu ile dalganın yayılma doğrultusu birbirine dik ise bu tür dalgalara enine dalgalar denir.
Görece düşeyde titreşim olup dalganın görece yatayda ilerlemesi ve bu ikisininin birbirine dik olmasıdır.
- Elektromanyetik dalgalar enine dalgalardır.
Boyuna Dalgalar
Ortam taneciklerinin titreşim doğrultusu ile dalganın yayılma doğrultusu aynı ise bu tür dalgalara boyuna dalga denir.
- Ses dalgaları boyuna dalgalardır.
- Yaylarda hem enine hem boyunda dalga oluşturmak mümkündür.
- Su dalgaları hem enine hem de boyuna dalga özelliğini aynı anda gösterir. Deprem dalgalarının enine dalga, boyuna dalga olan çeşitleri olduğu gibi hem enine hem de boyuna dalga özelliğini aynı anda gösteren çeşitleri de vardır.
Dalgaların Taşıdıkları Enerjiye Göre Sınıflandırılması
Mekanik Dalgalar
Yayılabilmek için maddesel ortama ihtiyaç duyan dalgalardır.
- Yay, ses, su, deprem dalgaları mekanik dalgalardır.
- Mekanik dalgalar boşlukta yayılmaz.
Elektromanyetik Dalgalar
Yayılabilmek için maddesel ortama ihtiyaç duymayan yani boşlukta da yayılabilen dalgalardır.
- Elektromanyetik dalgaların enerjilerine göre sıralandığı çizelgeye elektromanyetik dalga spektrumu denir.
- Spektrumda dalgalar, küçük frekanstan büyük frekansa doğru; radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi ışınlar, görünür ışık, morötesi ışınlar, X ışınları ve gama ışınları olarak sıralanır.
- Radyo dalgalarından gama ışınlarına doğru giderken frekans artar, dalga boyu azalır.
- Elektromanyetik dalgalar yüklü parçacıkların ivmeli hareketleri sonucunda oluşur.
- Elektromanyetik dalgalar boşlukta ışık hızı ile yayılır.
- Enine dalgalarda dalga, ortam boyunca ilerlerken dalga üzerindeki her bir notka ilerleme yönüne dik olarak aşağı yukarı titreşir.
- Bundan dolayı bir enine dalganın ilerleme yönü verilmişse dalga üzerindeki bir noktanın anlık titreşim yönü bilinebilir. Yine dalga üzerindeki bir noktanın titreşim yönü verilmişse dalganın ilerleme yönü bilinebilir.
- Şekildeki dalga ok yönünde (sağa) ilerlerken K noktası, titreşiminde aşağıya doğru yönelir. Eğer K'nin titreşim yönü bu şekilde aşağı doğru verilmişse dalganın bu durumu sağlayacak biçimde sağa doğru ilerlediği belirlenmiş olur.
